KR100572748B1 - Tachometry method of river by drag - Google Patents
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Abstract
개시된 항력을 이용한 하천의 유속측정방법은, 물이 흐르는 하천에 줄의 일단에 연결된 저항체를 담그고 수중 밖에서 상기 줄의 타단에 저울을 연결하여, 줄에 미치는 장력(F)이 저항체가 가라앉으려는 힘(F1)과 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)의 합이고 F2가 유속(V)의 변화에 비례하는 관계를 이용해서 저울로 장력(F)을 측정함으로써 유속을 측정함을 특징으로 한다.In the method of measuring the flow velocity of a river using the drag force, a resistance (F) applied to the rope is applied to sink the wire by immersing a resistor connected to one end of the rope in a stream where water flows and connecting the scale to the other end of the rope outside the water. The flow velocity is measured by measuring the tension (F) with the balance using the relationship between (F 1 ) and the force (F 2 ) flowing down in the flow direction and F 2 is proportional to the change in the flow rate (V). do.
상기에 개시된 본 발명에 의하면, 하천의 물에 접촉하지 않고 교량과 같은 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 현장 실무자가 간단한 방법으로 유속을 측정할 수 있다.According to the present invention disclosed above, it is possible to measure the flow rate at a long distance such as a bridge without contacting the water of the river, less affected by the weather, protect the safety of the user as well as the field practitioner in a simple way Can be measured.
항력, 저항체, 유속측정, 장력, 저울, 하천Drag, resistance, velocity measurement, tension, scale, river
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법의 개념을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the concept of a flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention,
도 2는 유속에 따른 장력의 변화를 이론적으로 계산한 그래프,2 is a graph theoretically calculating the change in tension according to the flow rate,
도 3은 실험실에서 각기 다른 실험 조건으로 실험을 실시한 유속-장력 그래프이다.3 is a flow rate-tension graph of experiments performed at different experimental conditions in a laboratory.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 저항체 20 : 저울10: resistor 20: scale
본 발명은 항력(drag)을 이용한 하천의 유속측정방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하천에 줄로 묶은 저항체를 띄우고 줄에 발생하는 힘(장력)을 측정하여 유속을 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flow rate measurement method of a river using drag, and more particularly, to a method of measuring a flow rate by measuring a force (tension) generated in a rope by floating a resistor tied to a stream in a stream.
최근 들어 세계적으로 기상이변으로 인한 재난이 많이 발생하고 있으며, 국내에서도 매년 여름 지중호우로 인한 피해가 자주 발생하고 있다.Recently, there are many disasters caused by extreme weather in the world, and the damage caused by underground heavy rain occurs frequently in Korea every summer.
따라서 다양한 방법으로 재해를 예측하고 방재계획을 세우는데 많은 노력을 기울이고 있다.Therefore, many efforts are made to predict disasters and plan disaster prevention in various ways.
특히 호우로 인한 피해는 홍수로 이어져 많은 인명 및 재산상 피해를 유발하고 있다.In particular, the damage caused by heavy rains has led to floods, causing many lives and property damages.
홍수는 일시에 많은 물이 하류로 밀려들어 발생하는 현상으로 상류에서의 유량을 정확하게 알 수 있다면 재해 예방에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.Flood is a phenomenon caused by a large amount of water flowing downstream at a time, and if the flow rate is accurately known upstream, it can effectively respond to disaster prevention.
그러므로 유량을 알기위한 다양한 방법들이 사용되고 있다.Therefore, various methods for knowing the flow rate are used.
유량을 알기위한 방법은 아래의 수학식 1에 나타낸 바와 같이 수로의 단면 형상과 수위, 유속으로 측정이 가능하다.The method for determining the flow rate can be measured by the cross-sectional shape of the channel, the water level, and the flow velocity, as shown in
여기서 Q는 유량, A는 하천의 단면적, V는 유속이고, 하천의 단면적(A)은 하천의 폭(d)과 수위(h)의 곱(d*h)이다.Where Q is the flow rate, A is the cross-sectional area of the stream, V is the flow velocity, and the cross-sectional area (A) of the stream is the product of the river width (d) and the water level (h) (d * h).
하천의 폭은 측량을 통하여 구하고, 수위는 교량 하부의 수위표 등으로 쉽게 알 수 있다.The width of the river is obtained through surveying, and the water level can be easily known from the water level table at the bottom of the bridge.
그러나, 유속은 그 변화 양상이 다양하고, 직관적으로 측정이 불가능하며, 지속적인 관측에 어려움이 많다.However, the flow rates vary widely, are not intuitively measurable, and are difficult to observe continuously.
하천에서의 유속측정방법으로는 이미 여러 가지가 개시되어 사용된다.Various methods have already been disclosed and used for measuring the flow velocity in rivers.
그러나, 실무자들이 사용하는 데는 많은 한계를 가지고 있고, 특히, 홍수로 인한 유량 증가 및 강우중 유속측정은 사용자의 안전까지 위험에 빠지게 하는 단점 을 가진다.However, there are many limitations to the use of practitioners. In particular, the increase in flow rate due to flooding and the measurement of flow rate during rainfall have the disadvantage of putting the user at risk.
종래기술을 좀 더 자세히 살펴보면, 첫째 부표추적에 의한 유속측정방법은 기초적인 유속측정법으로, 하천에 부표를 띄우고 일정구간을 흘러 내려가는 시간을 측정하여 유속을 계산하는 방법으로 가장 보편적으로 사용된다.Looking at the prior art in more detail, first, the flow rate measurement method by buoy tracking is a basic flow rate measurement method, it is most commonly used as a method of calculating the flow rate by measuring the time to float down the river and buoys in a certain section.
그러나 이 방법은 상시적인 유속측정이 불가능하며, 1회용 부표를 사용하므로 폐기물이 발생한다.However, this method does not allow for constant flow rate measurement, and waste is generated by the use of disposable buoys.
둘째 프로펠러유속계에 의한 유속측정방법에 사용되는 프로펠러유속계는 가장 전통적인 유속계로, 유속에 따른 프로펠러의 회전수로 유속을 측정하는 방법이다.Secondly, the propeller flowmeter used in the method of measuring the flow rate by the propeller flowmeter is the most traditional flowmeter, and the flow velocity is measured by the number of revolutions of the propeller according to the flow velocity.
그러나, 3m/sec 이상의 빠른 유속에서는 프로펠러유속계를 물속에 담그는 것이 어렵고, 부유물과의 충돌로 손상될 위험이 크다.However, it is difficult to immerse the propeller flowmeter in water at a high flow rate of 3 m / sec or more, and there is a high risk of damage due to collision with the float.
또한 거치식이 아닌 이동식은 운영자가 현장에 가까이 다가가야 하므로 홍수시 매우 위험하다.In addition, mobile rather than stationary is very dangerous in flooding, as the operator must be close to the site.
셋째, 최근 많이 운영되고 있는 전자기식 및 초음파식 유속계는 프로펠러유속계에 의한 방식보다는 기구가 간단하나, 3m/sec 이상의 유속 측정이 불가능하고, 비가 오는 중에는 손상 위험이 있다.Third, the electromagnetic and ultrasonic flowmeters which have been operated a lot recently have simpler mechanisms than propeller flowmeters, but the flow rate of more than 3m / sec cannot be measured, and there is a risk of damage during rain.
또한 현장에 접근하여 직접 관측하는 것으로 홍수시 등에는 사용이 위험하다.In addition, it is dangerous to use in case of flooding by directly accessing and observing the site.
넷째, 전자파식 표면 유속계는 근래에 개발된 방법으로 수면에 전파를 발사하여, 반사되어 오는 파를 이용한 유속계로, 비접촉식이어서 현장 접근하지 않고 측정할 수 있는 방법이다.Fourthly, the electromagnetic surface flowmeter is a method developed in recent years, which emits radio waves on the surface of the water and uses the reflected waves. It is a non-contact type and can be measured without approaching the field.
빠른 유속에서도 사용이 가능하며 이동이 간편하나, 바람과 비 등, 기상의 영향을 많이 받아 바람이 불거나 비가 오면 사용할 수 없다.It can be used even at high flow rates and is easy to move, but it can't be used when windy or rainy due to the influence of weather such as wind and rain.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있는 항력을 이용한 하천의 유속측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, it is possible to measure the flow rate at a long distance, less affected by the weather, to provide a flow rate measurement method of the river using drag that can protect the safety of the user. There is this.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention.
또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Further objects and advantages of the invention may be realized by the means and combinations indicated in the claims.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법은, 물이 흐르는 하천에 줄의 일단에 연결된 저항체를 담그고 수중 밖에서 상기 줄의 타단에 저울을 연결하여, 줄에 미치는 장력(F)이 저항체가 가라앉으려는 힘(F1)과 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)의 합이고 F2가 유속(V)의 변화에 비례하는 관계를 이용해서 저울로 장력(F)을 측정함으로써 유속을 측정함을 특징으로 한다.Flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, by dipping a resistor connected to one end of the string in the stream of water flow and connecting the balance to the other end of the string outside the water, the tension applied to the string (F ) Measure the tension (F) with the balance using the relationship between the force that the resistor is going to sink (F 1 ) and the force that flows down in the flow direction (F 2 ) and F 2 is proportional to the change in the flow rate (V). It is characterized by measuring the flow rate.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors properly define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에서 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described herein are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the concept of a flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법은 저항체(10)에 줄을 고정되게 연결하고 물이 흐르는 하천에 담그면 저항체(10)에는 가라앉으려는 힘(F1)과, 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)이 작용한다.Flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention is connected to the
여기서 F1과, F2는 수학식 2와 수학식 3에 의해 얻을 수 있다.Here, F 1 and F 2 can be obtained by equations (2) and (3).
여기서 m'는 수중에서 저항체의 무게이고, g는 중력 가속도이다.Where m 'is the weight of the resistor in water and g is the acceleration of gravity.
여기서 CD는 항력 계수, A는 저항체의 단면적, ρ는 유체(물)의 밀도, V는 흐름의 속도(유속)이다.Where C D is the drag coefficient, A is the cross-sectional area of the resistor, ρ is the density of the fluid (water), and V is the velocity of the flow (flow rate).
여기서 저항체(10)는 단면적과 항력 계수를 일정하게 하는 단면 형상인 것이 바람직하다.Here, the
상기 저항체(10)는 줄에 묶여 고정되어 있으므로 물을 따라 흘러내려가지 못하고 도시된 바와 같이 수중에 있게 된다.The
여기서 저항체(10)를 묶고 있는 줄에 당겨지는 힘(장력; F)은 아래의 수학식 4에서와 같이 F1과 F2의 합력이 된다.In this case, the force (tension F) pulled on the string bundling the
그런데 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)은 유속(V)의 변화에 따라 비례하여 변화되고, 따라서 수학식 4에 도시한 바와 같이 장력 F도 달라지게 된다.However, the force F 2 flowing down in the flow direction changes in proportion to the change in the flow rate V, and thus, the tension F also changes as shown in Equation (4).
이때 장력 F는 줄에 저울(20)을 연결하여 물이 흘러가는 교량 위에서 저울(20)에 나타나는 값으로 알 수 있다.At this time, the tension F can be seen as a value appearing on the
상기 저울(20)은 힘과 용수철의 늘어남의 관계를 이용한 용수철저울을 이용 하거나, 탄성체의 변형에 비례한 전기신호를 내는 로드셀(load cell)에 하중을 직접 가하여, 하중에 비례된 전기신호를 검출하는 전자저울을 이용할 수 있다.The
상기 저울(20)에 의해 F가 구해지면 수학식 4의 F1과 F2에 수학식 2와 수학식3을 대입하고 유속(V)로 정리하여 수학식 5에 의해 유속을 구할 수 있다.When F is obtained by the
상기 저울(20)이 전자저울인 경우, 전자저울을 휴대가 간편한 노트북 컴퓨터(미도시) 등에 연결하고 이 노트북 컴퓨터에 장력을 유속으로 변환하는 프로그램을 구현하면 유속을 간단히 구할 수도 있다.If the
도 2는 저항체의 단면적이 12㎠이고, 수중 무게가 50g인 경우 유속에 따른 장력의 변화를 이론적으로 계산한 그래프이다.2 is a graph that theoretically calculates the change in tension according to the flow rate when the cross section of the resistor is 12
도 3은 실험실에서 각기 다른 실험조건을 실험을 실시한 유속-장력 그래프로 유속에 따른 장력의 변화가 도 2의 이론치에 근접함을 나타낸다.3 is a flow rate-tension graph in which different experimental conditions are tested in a laboratory, indicating that the change in tension according to the flow rate is close to the theoretical value of FIG. 2.
위 결과로부터 저항체(10)의 단면적을 조정함으로써 정밀한 유속측정이 가능함을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that precise flow rate measurement is possible by adjusting the cross-sectional area of the
상술한 바와 같이 본 발명의 항력을 이용한 하천 유속측정방법은 하천의 물에 접촉하지 않고 교량과 같은 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 현장 실무자가 간단한 방법으로 유속을 측정할 수 있다.As described above, the flow velocity measurement method using the drag of the present invention can measure the flow velocity at a long distance such as a bridge without contacting the water of the river, is less affected by the weather, and protects the safety of the user. Field practitioners can measure flow rates in a simple way.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the equivalent claims.
Claims (3)
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